谭猗生课题组：CO2加氢转化方面取得系列进展

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CO2加氢制备高附加值化学品或液体燃料对于节能减排和碳资源的循环利用具有重要意义，CO2催化加氢是其转化的有效途径之一，因而一直受到各国研究者的广泛关注。近年来，山西煤化所902课题组针对CO2加氢的研究现状，重点开展了CO2加氢制甲醇、芳烃、异构烷烃及高品质汽油等方面的研究工作，取得了一系列重要研究进展，相关成果主要发表于ACS Catal., J. Catal., Chem. Commun., Catal. Sci. Technol., ChemCatChem等国际期刊。

　　针对目前Cu基催化剂上强的逆水煤气变换反应导致的甲醇选择性偏低的问题，课题组研究人员采用蒸汽相法和超声浸渍法对传统共沉淀法制备的Cu/ZnO/ZrO2催化剂进行改性处理，实现了CO2加氢高选择性甲醇的定向合成，甲醇的选择性高达97%以上。该研究工作为发展CO2加氢合成甲醇高效催化剂的设计及制备提供了新的研究思路(ChemCatChem, 2019, 11, 1448–1457; J. Catal., 2020, 389, 47–59)，同时申请国家发明专利1项(201910965609.5)。此外，本课题组在CO2加氢制芳烃方面也取得了良好的研究进展，ZnCrOx/HZSM-5混合催化剂上CO2加氢制芳烃时，C5+烃中芳烃可高达81%(Chem. Commun., 2019, 55, 973–976)。
　　基于早期在CO2加氢制异构烷烃方面的研究工作积累，近几年，本课题组在CO2加氢制异构烷烃及高品质汽油方面再创佳绩。研究人员针对CO2加氢制烃多步串联反应的特点，采用简单的制备方法将HZSM–5分子筛均匀包覆于Fe–Zn–Zr金属氧化物表面制备出核壳结构催化剂，通过强化分子筛的空间限域控制中间产物的转化，实现了异构烷烃及高品质汽油的选择性合成(Chem. Commun., 2016, 52, 7352–7355; Catal. Sci. Technol., 2019, 9, 5401–5412)，相关工作授权国家发明专利1项(CN201510782046.8)。在此基础上，通过对复合金属氧化物进行高温水热处理(如下图)，实现了CO2加氢到高品质汽油的选择性转化，汽油烃中异构烷烃的选择性高达93%以上，同时可将副产物CO抑制到24%。该工作最近被ACS Catal.期刊作为封面文章在线发表，文章链接：https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c04155。
　　以上研究工作得到国家自然科学基金(21603258、91645113)、山西省煤基重点科技攻关项目(MD2014-10)及山西省青年科学基金(201601D202015)的支持。


       文章来源：山西煤化所
       谭猗生，男，1962年生。现为中科院山西煤化所煤转化国家重点实验室研究员，课题组长，博士生导师。1983年毕业于北京大学，获理学学士学位；2006年获中国科学院理学博士学位。曾作为客座研究员、访问教授访问东京农工大学、国立富山大学、日本大阪国立研究所。
多年来一直从事多相催化及C1化学研究工作。作为项目负责人完成及正在承担多项国家基金、中国科学院战略性先导科技专项（A类）、山西省煤基重点科技攻关项目、科技部自主课题及与企业合作项目。近年来主要从事CO加氢合成低碳醇/异丁醇/乙醇、甲醇/二甲醚下游产品开发以及CO2化学利用等方面的研究开发工作。在合成气制异丁醇方面，开发CuZr基及ZnCr基等两类异丁醇合成高效催化剂，并在异丁醇合成机理方面开展了研究工作。在CuZr基催化剂上，6.2Mpa、3000h-1、360℃、H2/CO=1的条件下，醇中异丁醇分布达到40.0%(wt)，缓和了异丁醇合成苛刻的工艺条件。在ZnCr基催化剂的研究中，认识了非计量尖晶石亚铬酸锌相识催化剂的活性相及ZnO形貌对异丁醇合成性能的影响；完成了催化剂公斤级放大；放大制备催化剂在100ml固定床反应器中完成1000小时稳定性运转。在机理研究方面，明确了C2醇形成的两个不同C1中间体，提出了针对异丁醇的异丁醇合成合成机理。在甲醇氧化制甲醛的工作中，开发出具有自主知识产权的活性高、稳定性好、价格低的铁钼催化剂，完成对催化剂的公斤级放大；放大制备的催化剂完成6000小时的稳定性运转，催化剂稳定性良好，有望实现铁钼催化剂的国产化替代。在CO2化学利用方面，主要开展CO2 加氢制异构烷烃的工作，研发的核壳催化剂取得了较好的反应效果，产物中烃类的选择性达到70%（Cmol），烃类中异构烷烃的分布达到81%（Cmol）。已指导毕业硕博士36名，目前在培养硕博士生19名。